大型空調(diào)鈑金沖壓零件成形碼垛智能機器人生產(chǎn)線

文/張濤，曹芳青·格力電器（石家莊）有限公司

本文將對沖壓成形碼垛智能機器人生產(chǎn)線整體設(shè)計方案進行詳細闡述，并對智能機器人生產(chǎn)線優(yōu)勢進行介紹。

空調(diào)行業(yè)沖壓技術(shù)發(fā)展概述

目前空調(diào)行業(yè)沖壓生產(chǎn)方式主要經(jīng)歷了如下發(fā)展歷程。

原始沖壓生產(chǎn)方式為每臺沖床單獨作業(yè)，且每臺沖床至少需要一名員工上料、下料，生產(chǎn)效率低，同時存在一定的安全隱患。

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，機器人逐漸應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)過程中。對于關(guān)鍵重點工序，沖床周邊配備一臺機器人，用于自動上、下料，實現(xiàn)了機器人與沖床聯(lián)同作業(yè)，但整體效率仍舊沒有得到有效地提高。

為了解決多工序沖壓零件生產(chǎn)效率低下、周轉(zhuǎn)時間長的問題。通過機械手實現(xiàn)多臺沖床同步作業(yè)，大大提高了沖壓生產(chǎn)效率，但是線體兼容性較差。引進的一條機械手線體投入達到幾十萬元，卻只能應(yīng)用在部分鈑金沖壓零件當中，給生產(chǎn)帶來了非常大的制約。

沖壓成形碼垛智能機器人線體總體設(shè)計方案

隨著沖壓技術(shù)不斷發(fā)展，多臺機器人與沖床連線生產(chǎn)模式應(yīng)運而生。機器人實現(xiàn)多臺沖床之間鈑金件的抓取、運輸、碼垛，從而實現(xiàn)大型零件沖壓成形、碼垛一個流無人化生產(chǎn)模式。

線體組成

應(yīng)用于空調(diào)鈑金車間的大型沖壓成形碼垛智能機器人生產(chǎn)線主要由一臺片料站、7臺六軸機器人、一臺翻轉(zhuǎn)站、5臺沖床、多種碼垛工裝組成。生產(chǎn)現(xiàn)場布局圖如圖1所示。

其生產(chǎn)流程為：片料站送料→1號機器人抓料、放料→1號沖床沖壓→2號機器人抓料、放料→2號沖床沖壓→3號機器人抓料、放料→翻轉(zhuǎn)站翻轉(zhuǎn)→4號機器人抓料、放料→3號沖床沖壓→5號機器人抓料、放料→4號沖床沖壓→6號機器人抓料、放料→7號機器人抓料、碼垛。線體布局圖如圖2所示。

2.介詞 (表示某情況自過去某時間點或某個事件以來一直持續(xù)到現(xiàn)在)自…以后，從…以來。通常作為完成時態(tài)的時間狀語。

圖1 生產(chǎn)現(xiàn)場布局圖

圖2 線體布局圖

片料站設(shè)置B、C兩個料臺，當B料臺在送料時，C料臺處于等待狀態(tài)，由操作員將片料放置在C料臺。B料臺送料完成后，進入等待狀態(tài)，C料臺進行送料，周而復(fù)始，往復(fù)進行，從而保證不間斷式生產(chǎn)。同時片料站送料部位安裝雙片料檢測裝置，若出現(xiàn)雙片料的情況，機器人將放下片料，再次抓取；若再次抓取仍舊為雙片料，則系統(tǒng)自動報警，有效的設(shè)備質(zhì)量二道防火墻，保證了沖壓零件整體質(zhì)量合格率。

整條自動化線體由7臺IRB 6700機器人進行連接，該機器人有效負載150kg，工作范圍高達3.2m，與大型沖壓設(shè)備配合，快速精準實現(xiàn)鈑金件搬運、碼垛，使用范圍廣，推廣性強。

沖壓成形碼垛智能機器人生產(chǎn)線由4臺雙點250t沖床與1臺雙點200t組成，為臺灣金豐沖壓設(shè)備，采用三菱PLC控制器、配合PAC10電子凸輪機進行控制，操作簡單、電氣設(shè)計精密，安全保護機構(gòu)措施完善。舉牙、球座、曲軸等關(guān)鍵核心部件選取高強度材質(zhì)，金屬工藝處理標準較高，設(shè)備整體精度高，穩(wěn)定性好，可滿足不同型號空調(diào)鈑金件的沖壓工序。圖3所示為雙點250t沖床。

智能人機界面設(shè)計

系統(tǒng)控制方面：采用現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠。通過對沖床PLC內(nèi)上死點、下死點、啟動、停止等信號與機器人控制系統(tǒng)進行連接。CClink現(xiàn)場總線把工業(yè)機器人的系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)鎖對接，從而實現(xiàn)信息的交互。將沖床、機器人各信號匯總至總控PLC進行數(shù)據(jù)處理，完成由單臺設(shè)備至連線生產(chǎn)的有效控制。

操作方面：采用維綸觸摸屏實現(xiàn)人機交互操作，通過以太網(wǎng)TCP-IP協(xié)議將人機界面與總控PLC連線進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)智能機器人生產(chǎn)線一鍵控制。人機界面可以實時顯示智能機器人生產(chǎn)線整體運行情況（圖4）。

系統(tǒng)狀態(tài)顯示：包括當前報警狀態(tài)、安全保護狀態(tài)、機器人電源、機器人狀態(tài)、機器人原點，雙料報警等。

整線控制：可控制機器人電源、對機器人復(fù)位、啟動機器人、選擇單次模式、整線結(jié)束等。

圖5詳細顯示了各個機器人與各臺沖床的狀態(tài)，沖床的沖壓條件和上下料與定位狀態(tài)。

圖6所示為產(chǎn)品頁面及報警指示頁面。每臺沖床PLC執(zhí)行狀態(tài)實時顯示，同時可自主選擇生產(chǎn)產(chǎn)品，自動匹配對應(yīng)程序及機器人點位，實現(xiàn)零件一鍵切換。同時設(shè)備故障時，人機界面將當前故障點集中在畫面中并顯示出來，方便操作人員及時處理維修，提高工作效率。

圖3 雙點250t沖床

圖4 運行頁面

圖5 狀態(tài)頁面

大吸力通用性夾具設(shè)計

沖壓成形碼垛智能機器人生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn)空調(diào)外機及內(nèi)機大型鈑金件，由于鈑金件外形尺寸差別非常大，如I系列柜機（圖7）左側(cè)板整體尺寸為1299mm×172mm，普通32空調(diào)面板（圖8）外形尺寸約為710mm×434mm，為了保證機器人生產(chǎn)線整體通用性，需要設(shè)計通用性快速切換式夾具，以此滿足多款零件的生產(chǎn)。

圖6 產(chǎn)品頁面及報警指示頁面

圖7 I系列側(cè)板零件

圖8 32面板零件

將高強度鑄鋁材質(zhì)的鋁管和吸盤組成安裝模塊，每個模塊可以實現(xiàn)多重組合安裝方式，大大提高了智能機器人生產(chǎn)線的兼容性，保證了夾具的通用性（圖9），有效避免了傳統(tǒng)方式下每款生產(chǎn)零件均要制作對應(yīng)夾具的弊端。同時每個模塊均可以在夾具支架上進行快速拆卸安裝，每款零件夾具切換時間保證在10min以內(nèi)，提高生產(chǎn)效率。

圖9 通用性夾具

自動碼垛式工裝設(shè)計

傳統(tǒng)人工碼垛的生產(chǎn)方式已經(jīng)無法滿足智能機器人生產(chǎn)線需求，但是對于外形尺寸差距較大的空調(diào)鈑金件而言，每款零件均需要與其對應(yīng)的工裝車，用于沖壓完成后鈑金件的碼垛，對智能機器人生產(chǎn)線而言，這是一個較大的難題。

借助皮帶線作為輔助定位裝置，并根據(jù)鈑金件外形特征，制作對應(yīng)的工裝車（圖10），方便機器人進行自動碼垛。如針對I系列柜機側(cè)板鈑金件，整體呈細長型分布，傳統(tǒng)碼垛方式非常容易造成零件傾倒，且每車僅能碼垛100件。設(shè)計格柵式工裝車，通過工裝車對鈑金件進行定位，每車可碼垛250件，同時有效防止零件傾倒劃傷的質(zhì)量隱患。

沖壓成形碼垛機器人線體項目優(yōu)勢

大型沖壓成形碼垛機器人線體為空調(diào)鈑金沖壓行業(yè)帶來了新的突破，徹底擺脫了傳統(tǒng)機械手自動化線體的束縛，機器人線體無論是在產(chǎn)品兼容性、生產(chǎn)安全性還是在生產(chǎn)效率等方面均有比較大的優(yōu)勢，正在逐步成為沖壓行業(yè)的主導(dǎo)生產(chǎn)模式。

圖10 碼垛工裝車

兼容性高

沖壓成形碼垛機器人線體充分發(fā)揮了機器人的兼容性，六軸機器人作業(yè)范圍廣、自由度高，可適用于外形差距較大的各種鈑金件沖壓。同時在六軸機器人手臂末端增加直線七軸，比六軸機器人擁有更快的傳輸速度，降低了對沖壓模具的要求，這正在成為一種新型的沖壓線體連接方式。

安全性強

機器人線體的應(yīng)用，實現(xiàn)了空調(diào)鈑金沖壓零件的無人化、自動化生產(chǎn)，相比傳統(tǒng)人工沖壓的生產(chǎn)方式，具有更高的安全性。操作員工無需直接接觸沖床或機器人設(shè)備，只需要在主控臺遠程操控即可，解決了沖壓行業(yè)安全保障性低的難題。

效率高

沖壓成形碼垛機器人線體的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)單工序沖壓生產(chǎn)模式，人均生產(chǎn)效率大大提高。機器人線體投入前，單班10人才能完成的沖壓生產(chǎn)計劃，在機器人線體投入后，單班1人即可完成，人均生產(chǎn)效率是原來的9倍。

結(jié)束語

大型沖壓成形碼垛智能機器人生產(chǎn)線填補了空調(diào)鈑金沖壓零件快速生產(chǎn)的空白，該技術(shù)大大提高了生產(chǎn)效率，保證了線體的多重兼容性，還保持了機器人柔性生產(chǎn)特性，為廣大空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)提供了一種新型的生產(chǎn)方式。